KR20220010937A - 열전소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 한 실시예에 따른 열전소자는 제1 기판, 상기 제1 기판 상에 배치된 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 배치된 솔더층, 그리고 상기 솔더층 상에 배치된 반도체 구조물을 포함하고, 상기 제1 전극은 전극베이스층 및 상기 전극베이스층의 양면 중 상기 반도체 구조물을 향하도록 배치된 면에 배치된 도금층을 포함하고, 상기 도금층의 면적은 상기 전극베이스층의 면적보다 작으며, 상기 반도체 구조물의 양면 중 상기 제1 전극을 향하도록 배치된 면의 면적은 상기 전극베이스층의 면적보다 작고, 상기 도금층의 면적보다 크며, 상기 솔더층은 상기 도금층과 상기 반도체 구조물 사이에 배치된다.
Description
본 발명은 열전소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열전소자의 전극에 관한 것이다.
열전현상은 재료 내부의 전자(electron)와 정공(hole)의 이동에 의해 발생하는 현상으로, 열과 전기 사이의 직접적인 에너지 변환을 의미한다.
열전소자는 열전현상을 이용하는 소자를 총칭하며, P형 열전 재료와 N형 열전 재료를 금속 전극들 사이에 접합시켜 PN 접합 쌍을 형성하는 구조를 가진다.
열전소자는 전기저항의 온도 변화를 이용하는 소자, 온도 차에 의해 기전력이 발생하는 현상인 제벡 효과를 이용하는 소자, 전류에 의한 흡열 또는 발열이 발생하는 현상인 펠티에 효과를 이용하는 소자 등으로 구분될 수 있다.
열전소자는 가전제품, 전자부품, 통신용 부품 등에 다양하게 적용되고 있다. 예를 들어, 열전소자는 냉각용 장치, 온열용 장치, 발전용 장치 등에 적용될 수 있다. 이에 따라, 열전소자의 열전성능에 대한 요구는 점점 더 높아지고 있다.
열전소자는 기판, 전극 및 열전레그를 포함하며, 상부 기판과 하부 기판 사이에 복수의 열전레그가 배치되고, 복수의 열전 레그와 상부기판 사이에 복수의 상부 전극이 배치되고, 복수의 열전레그와 및 하부기판 사이에 복수의 하부전극이 배치된다. 이때, 상부기판과 복수의 상부 전극 및 하부기판과 복수의 하부 전극은 각각 수지층에 의하여 접합될 수 있다.
일반적으로, 전극과 열전레그는 솔더층에 의하여 접합될 수 있다. 도 1은 전극과 열전레그 간 접합 구조를 도시한다. 도 1을 참고하면, 하부 전극(10)과 상부 전극(12) 사이에 열전레그(14)가 배치되며, 하부 전극(10)과 열전레그(14) 사이 및 상부 전극(12)과 열전레그(14) 사이 각각은 솔더층(16, 18)에 의하여 접합될 수 있다. 한편, 전극(10, 12)과 열전레그(14)를 솔더링하는 과정에서, 솔더의 일부는 열전레그(14)의 측면으로 흘러내릴 수 있다. 솔더층(16, 18)은 주석(Sn)을 포함하며, 주석(Sn)은 소정 온도 이상에서 열전레그(14) 내 텔루륨(Te)와 반응할 수 있다. 이는 열전소자의 장기적인 신뢰성을 낮추는 요인이 될 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 신뢰성이 우수한 열전소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 열전소자는 제1 기판, 상기 제1 기판 상에 배치된 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 배치된 솔더층, 그리고 상기 솔더층 상에 배치된 반도체 구조물을 포함하고, 상기 제1 전극은 전극베이스층 및 도금층을 포함하고, 상기 도금층은 상기 전극베이스층과 상기 솔더층 사이에 배치되고, 상기 도금층의 면적은 상기 전극베이스층의 면적보다 작고, 상기 반도체 구조물의 상기 제1 전극을 향하도록 배치된 면의 면적은 상기 도금층의 면적보다 크다.
상기 솔더층은 상기 도금층의 측면에 더 배치될 수 있다.
상기 도금층의 측면에 배치된 상기 솔더층은 상기 전극베이스층과 이격될 수 있다.
상기 솔더층의 상기 반도체 구조물에 접촉하는 면의 면적은 상기 도금층의 상면에 접촉하는 면의 면적보다 클 수 있다.
상기 솔더층의 상기 반도체 구조물에 접촉하는 면은 상기 반도체 구조물의 가장자리로부터 이격되도록 배치될 수 있다.
상기 도금층은 상기 전극베이스층의 가장자리로부터 소정 거리만큼 이격된 영역에 배치될 수 있다.
상기 반도체 구조물의 가장자리의 적어도 일부는 상기 전극베이스층의 가장자리와 상기 도금층의 가장자리 사이에 배치될 수 있다.
상기 도금층은 상기 전극베이스층 상에서 서로 이격되도록 배치된 복수의 도금층을 포함하고, 상기 반도체 구조물은 서로 이격되도록 배치된 복수의 반도체 구조물을 포함하며, 각각의 상기 반도체 구조물은 각각의 상기 도금층 상에 배치되고, 상기 복수의 반도체 구조물의 상기 제1 전극을 향하도록 배치된 면의 면적의 합은 각각의 상기 복수의 도금층의 면적의 합보다 클 수 있다.
상기 반도체 구조물 상에 배치된 제2 전극, 그리고 상기 제2 전극 상에 배치된 제2 기판을 더 포함할 수 있다.
상기 도금층의 면적은 상기 전극베이스층의 면적의 0.25 내지 0.9배일 수 있다.
상기 도금층의 두께는 1㎛ 내지 10㎛일 수 있다.
상기 솔더층의 두께는 30 내지 120㎛일 수 있다.
상기 반도체 구조물은 비스무스(Bi) 및 텔루륨(Te)을 포함하는 반도체 소재층, 그리고 상기 반도체 소재층의 양면에 배치된 접합층을 포함하고, 상기 접합층은 상기 솔더층에 의하여 상기 도금층과 접합될 수 있다.
상기 접합층 및 상기 도금층은 각각 니켈(Ni)을 포함할 수 있다.
상기 접합층 및 상기 솔더층은 각각 주석(Sn)을 포함하고, 상기 반도체 소재층과 상기 접합층 사이에 배치된 확산방지층을 더 포함하며, 상기 확산방지층 및 상기 도금층은 각각 니켈(Ni)을 포함할 수 있다.
상기 반도체 구조물의 상기 제1 전극을 향하도록 배치된 면의 면적은 상기 전극베이스층의 면적보다 작을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 열전도 성능 및 접합 성능이 우수하고, 신뢰성이 높은 열전소자를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 저온부와 고온부 간의 요구되는 성능 차를 모두 만족시키는 열전소자를 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 열전소자는 소형으로 구현되는 애플리케이션뿐만 아니라 차량, 선박, 제철소, 소각로 등과 같이 대형으로 구현되는 애플리케이션에서도 적용될 수 있다.
도 1은 전극과 열전레그 간 접합 구조를 도시한다.
도 2는 열전소자의 단면도이다.
도 3은 열전소자의 사시도이다.
도 4는 실링부재를 포함하는 열전소자의 사시도이다.
도 5는 실링부재를 포함하는 열전소자의 분해사시도이다.
도 6(a) 내지 도 6(b)는 본 발명의 실시예에 따른 열전소자 내 전극과 열전레그 간 접합 구조의 단면도이다.
도 7은 도 6(a)의 접합 구조에서 전극베이스층, 도금층 및 열전레그의 면적을 비교하는 도면이다.
도 8(a)는 전극베이스층 상에 배치된 도금층의 상면도이고, 도 8(b)는 전극베이스층 상에 배치된 도금층의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전소자 내 전극과 열전레그 간 접합 구조의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열전소자 내 전극과 열전레그 간 접합 구조의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전소자의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전소자의 단면도이다.
도 13은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전소자의 접합 구조를 나타낸다.
도 2는 열전소자의 단면도이다.
도 3은 열전소자의 사시도이다.
도 4는 실링부재를 포함하는 열전소자의 사시도이다.
도 5는 실링부재를 포함하는 열전소자의 분해사시도이다.
도 6(a) 내지 도 6(b)는 본 발명의 실시예에 따른 열전소자 내 전극과 열전레그 간 접합 구조의 단면도이다.
도 7은 도 6(a)의 접합 구조에서 전극베이스층, 도금층 및 열전레그의 면적을 비교하는 도면이다.
도 8(a)는 전극베이스층 상에 배치된 도금층의 상면도이고, 도 8(b)는 전극베이스층 상에 배치된 도금층의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전소자 내 전극과 열전레그 간 접합 구조의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열전소자 내 전극과 열전레그 간 접합 구조의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전소자의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전소자의 단면도이다.
도 13은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전소자의 접합 구조를 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속' 되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 2는 열전소자의 단면도이고, 도 3은 열전소자의 사시도이다. 도 4는 실링부재를 포함하는 열전소자의 사시도이고, 도 5는 실링부재를 포함하는 열전소자의 분해사시도이다.
도 2 내지 3을 참조하면, 열전소자(100)는 하부 기판(110), 하부 전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140), 상부 전극(150) 및 상부 기판(160)을 포함한다.
하부 전극(120)은 하부 기판(110)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)의 하부 바닥면 사이에 배치되고, 상부 전극(150)은 상부 기판(160)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)의 상부 바닥면 사이에 배치된다. 이에 따라, 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140)는 하부 전극(120) 및 상부 전극(150)에 의하여 전기적으로 연결된다. 하부 전극(120)과 상부 전극(150) 사이에 배치되며, 전기적으로 연결되는 한 쌍의 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 단위 셀을 형성할 수 있다.
예를 들어, 리드선(181, 182)을 통하여 하부 전극(120) 및 상부 전극(150)에 전압을 인가하면, 펠티에 효과로 인하여 P형 열전 레그(130)로부터 N형 열전 레그(140)로 전류가 흐르는 기판은 열을 흡수하여 냉각부로 작용하고, N형 열전 레그(140)로부터 P형 열전 레그(130)로 전류가 흐르는 기판은 가열되어 발열부로 작용할 수 있다. 또는, 하부전극(120) 및 상부전극(150) 간 온도 차를 가해주면, 제벡 효과로 인하여 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 내 전하가 이동하며, 전기가 발생할 수도 있다.
도 2 내지 도 5에서 리드선(181, 182)이 하부 기판(110)에 배치되는 것으로 도시되어 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 리드선(181, 182)이 상부 기판(160)에 배치되거나, 리드선(181, 182) 중 하나가 하부 기판(110)에 배치되고, 나머지 하나가 상부 기판(160)에 배치될 수도 있다.
여기서, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 비스무스(Bi) 및 텔루륨(Te)를 주원료로 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 열전 레그일 수 있다. P형 열전 레그(130)는 안티몬(Sb), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga), 텔루륨(Te), 비스무스(Bi) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 열전 레그일 수 있다. 예를 들어, P형 열전 레그(130)는 전체 중량 100wt%에 대하여 주원료물질인 Bi-Sb-Te를 99 내지 99.999wt%로 포함하고, 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 0.001 내지 1wt%로 포함할 수 있다. N형 열전 레그(140)는 셀레늄(Se), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga), 텔루륨(Te), 비스무스(Bi) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 열전 레그일 수 있다. 예를 들어, N형 열전 레그(140)는 전체 중량 100wt%에 대하여 주원료물질인 Bi-Se-Te를 99 내지 99.999wt%로 포함하고, 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 0.001 내지 1wt%로 포함할 수 있다. 이에 따라, 본 명세서에서 열전 레그는 반도체 구조물, 반도체 소자, 반도체 재료층, 반도체 물질층, 반도체 소재층, 도전성 반도체 구조물, 열전 구조물, 열전 재료층, 열전 물질층, 열전 소재층, 열전 반도체 구조물, 열전 반도체 소자, 열전 반도체 재료층, 열전 반도체 물질층, 열전 반도체 소재층 등으로 지칭될 수도 있다.
P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 벌크형 또는 적층형으로 형성될 수 있다. 일반적으로 벌크형 P형 열전 레그(130) 또는 벌크형 N형 열전 레그(140)는 열전 소재를 열처리하여 잉곳(ingot)을 제조하고, 잉곳을 분쇄하고 체거름하여 열전 레그용 분말을 획득한 후, 이를 소결하고, 소결체를 커팅하는 과정을 통하여 얻어질 수 있다. 이때, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 다결정 열전 레그일 수 있다. 다결정 열전 레그를 위하여, 열전 레그용 분말을 소결할 때, 100MPa 내지 200MPa로 압축할 수 있다. 예를 들어, P형 열전 레그(130)의 소결 시 열전 레그용 분말을 100 내지 150MPa, 바람직하게는 110 내지 140MPa, 더욱 바람직하게는 120 내지 130MPa로 소결할 수 있다. 그리고, N형 열전 레그(130)의 소결 시 열전 레그용 분말을 150 내지 200MPa, 바람직하게는 160 내지 195MPa, 더욱 바람직하게는 170 내지 190MPa로 소결할 수 있다. 이와 같이, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 다결정 열전 레그인 경우, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)의 강도가 높아질 수 있다. 적층형 P형 열전 레그(130) 또는 적층형 N형 열전 레그(140)는 시트 형상의 기재 상에 열전 소재를 포함하는 페이스트를 도포하여 단위 부재를 형성한 후, 단위 부재를 적층하고 커팅하는 과정을 통하여 얻어질 수 있다.
이때, 한 쌍의 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 동일한 형상 및 체적을 가지거나, 서로 다른 형상 및 체적을 가질 수 있다. 예를 들어, P형 열전 레그(130)와 N형 열전 레그(140)의 전기 전도 특성이 상이하므로, N형 열전 레그(140)의 높이 또는 단면적을 P형 열전 레그(130)의 높이 또는 단면적과 다르게 형성할 수도 있다.
이때, P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)는 원통 형상, 다각 기둥 형상, 타원형 기둥 형상 등을 가질 수 있다.
또는, P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)는 적층형 구조를 가질 수도 있다. 예를 들어, P형 열전 레그 또는 N형 열전 레그는 시트 형상의 기재에 반도체 물질이 도포된 복수의 구조물을 적층한 후, 이를 절단하는 방법으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 재료의 손실을 막고 전기 전도 특성을 향상시킬 수 있다. 각 구조물은 개구 패턴을 가지는 전도성층을 더 포함할 수 있으며, 이에 따라 구조물 간의 접착력을 높이고, 열전도도를 낮추며, 전기전도도를 높일 수 있다.
또는, P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)는 하나의 열전 레그 내에서 단면적이 상이하도록 형성될 수도 있다. 예를 들어, 하나의 열전 레그 내에서 전극을 향하도록 배치되는 양 단부의 단면적이 양 단부 사이의 단면적보다 크게 형성될 수도 있다. 이에 따르면, 양 단부 간의 온도차를 크게 형성할 수 있으므로, 열전효율이 높아질 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 열전 소자의 성능은 열전성능 지수(figure of merit, ZT)로 나타낼 수 있다. 열전성능 지수(ZT)는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
여기서, α는 제벡계수[V/K]이고, σ는 전기 전도도[S/m]이며, α2σ는 파워 인자(Power Factor, [W/mK2])이다. 그리고, T는 온도이고, k는 열전도도[W/mK]이다. k는 a·cp·ρ로 나타낼 수 있으며, a는 열확산도[cm2/S]이고, cp 는 비열[J/gK]이며, ρ는 밀도[g/cm3]이다.
열전 소자의 열전성능 지수를 얻기 위하여, Z미터를 이용하여 Z 값(V/K)을 측정하며, 측정한 Z값을 이용하여 열전성능 지수(ZT)를 계산할 수 있다.
여기서, 하부 기판(110)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 사이에 배치되는 하부 전극(120), 그리고 상부 기판(160)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 사이에 배치되는 상부 전극(150)은 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al) 및 니켈(Ni) 중 적어도 하나를 포함하며, 0.01mm 내지 0.3mm의 두께를 가질 수 있다. 하부 전극(120) 또는 상부 전극(150)의 두께가 0.01mm 미만인 경우, 전극으로서 기능이 떨어지게 되어 전기 전도 성능이 낮아질 수 있으며, 0.3mm를 초과하는 경우 저항의 증가로 인하여 전도 효율이 낮아질 수 있다.
그리고, 상호 대향하는 하부 기판(110)과 상부 기판(160)은 금속 기판일 수 있으며, 그 두께는 0.1mm~1.5mm일 수 있다. 금속 기판의 두께가 0.1mm 미만이거나, 1.5mm를 초과하는 경우, 방열 특성 또는 열전도율이 지나치게 높아질 수 있으므로, 열전 소자의 신뢰성이 저하될 수 있다. 또한, 하부 기판(110)과 상부 기판(160)이 금속 기판인 경우, 하부 기판(110)과 하부 전극(120) 사이 및 상부 기판(160)과 상부 전극(150) 사이에는 각각 절연층(170)이 더 형성될 수 있다. 절연층(170)은 1~20W/mK의 열전도도를 가지는 소재를 포함할 수 있다.
이때, 하부 기판(110)과 상부 기판(160)의 크기는 다르게 형성될 수도 있다. 예를 들어, 하부 기판(110)과 상부 기판(160) 중 하나의 체적, 두께 또는 면적은 다른 하나의 체적, 두께 또는 면적보다 크게 형성될 수 있다. 이에 따라, 열전 소자의 흡열 성능 또는 방열 성능을 높일 수 있다. 예를 들어, 제벡 효과를 위해 고온영역에 배치되거나, 펠티에 효과를 위해 발열영역으로 적용되거나 또는 열전모듈의 외부환경으로부터 보호를 위한 실링부재가 배치되는 기판의 체적, 두께 또는 면적 중 적어도 하나가 다른 기판의 체적, 두께 또는 면적 중 적어도 하나보다 더 클 수 있다.
또한, 하부 기판(110)과 상부 기판(160) 중 적어도 하나의 표면에는 방열 패턴, 예를 들어 요철 패턴이 형성될 수도 있다. 이에 따라, 열전 소자의 방열 성능을 높일 수 있다. 요철 패턴이 P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)와 접촉하는 면에 형성되는 경우, 열전 레그와 기판 간의 접합 특성도 향상될 수 있다. 열전소자(100)는 하부기판(110), 하부전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140), 상부전극(150) 및 상부기판(160)을 포함한다.
도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 하부기판(110)과 상부기판(160) 사이에는 실링부재(190)가 더 배치될 수도 있다. 실링부재(190)는 하부기판(110)과 상부기판(160) 사이에서 하부전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140) 및 상부전극(150)의 측면에 배치될 수 있다. 이에 따라, 하부전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140) 및 상부전극(150)은 외부의 습기, 열, 오염 등으로부터 실링될 수 있다. 여기서, 실링부재(190)는, 복수의 하부전극(120)의 최외곽, 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140)의 최외곽 및 복수의 상부전극(150)의 최외곽의 측면으로부터 소정 거리 이격되어 배치되는 실링 케이스(192), 실링 케이스(192)와 하부 기판(110) 사이에 배치되는 실링재(194) 및 실링 케이스(192)와 상부 기판(160) 사이에 배치되는 실링재(196)를 포함할 수 있다. 이와 같이, 실링 케이스(192)는 실링재(194, 196)를 매개로 하여 하부 기판(110) 및 상부 기판(160)과 접촉할 수 있다. 이에 따라, 실링 케이스(192)가 하부 기판(110) 및 상부 기판(160)과 직접 접촉할 경우 실링 케이스(192)를 통해 열전도가 일어나게 되고, 결과적으로 하부 기판(110)과 상부 기판(160) 간의 온도 차가 낮아지는 문제를 방지할 수 있다. 여기서, 실링재(194, 196)는 에폭시 수지 및 실리콘 수지 중 적어도 하나를 포함하거나, 에폭시 수지 및 실리콘 수지 중 적어도 하나가 양면에 도포된 테이프를 포함할 수 있다. 실링재(194, 194)는 실링 케이스(192)와 하부 기판(110) 사이 및 실링 케이스(192)와 상부 기판(160) 사이를 기밀하는 역할을 하며, 하부전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140) 및 상부전극(150)의 실링 효과를 높일 수 있고, 마감재, 마감층, 방수재, 방수층 등과 혼용될 수 있다. 여기서, 실링 케이스(192)와 하부 기판(110) 사이를 실링하는 실링재(194)는 하부 기판(110)의 상면에 배치되고, 실링케이스(192)와 상부 기판(160) 사이를 실링하는 실링재(196)는 상부기판(160)의 측면에 배치될 수 있다. 한편, 실링 케이스(192)에는 전극에 연결된 리드선(180, 182)를 인출하기 위한 가이드 홈(G)이 형성될 수 있다. 이를 위하여, 실링 케이스(192)는 플라스틱 등으로 이루어진 사출 성형물일 수 있으며, 실링 커버와 혼용될 수 있다. 다만, 실링부재에 관한 이상의 설명은 예시에 지나지 않으며, 실링부재는 다양한 형태로 변형될 수 있다. 도시되지 않았으나, 실링부재를 둘러싸도록 단열재가 더 포함될 수도 있다. 또는 실링부재는 단열 성분을 포함할 수도 있다.
이상에서, 하부 기판(110), 하부 전극(120), 상부 전극(150) 및 상부 기판(160)이라는 용어를 사용하고 있으나, 이는 이해의 용이 및 설명의 편의를 위하여 임의로 상부 및 하부로 지칭한 것일 뿐이며, 하부 기판(110) 및 하부 전극(120)이 상부에 배치되고, 상부 전극(150) 및 상부 기판(160)이 하부에 배치되도록 위치가 역전될 수도 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 전극과 열전레그는 솔더층에 의하여 접합될 수 있다. 이때, 전극과 솔더층 간의 젖음성을 향상시키기 위하여, 전극의 표면은 도금될 수 있다. 다만, 전극과 열전레그를 솔더링하거나, 고온에서의 상부 기판 및 하부 기판 간 접합 시 또는 열전소자의 고온 동작 시 솔더의 일부는 열전레그의 측면으로 넘치거나 흘러내릴 수 있다. 솔더는, 일반적으로 주석을 포함하며, 주석은 소정 온도 이상에서 열전레그 내 텔루륨과 반응할 수 있다. 이는 열전소자의 장기적인 신뢰성을 낮추는 요인이 될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 도금층을 패터닝하여 열전레그의 측면으로 솔더가 넘치는 문제를 최소화하고자 한다.
도 6(a) 내지 도 6(b)는 본 발명의 실시예에 따른 열전소자 내 전극과 열전레그 간 접합 구조의 단면도이고, 도 7은 도 6(a)의 접합 구조에서 전극베이스층, 도금층 및 열전레그의 면적을 비교하는 도면이며, 도 8(a)는 전극베이스층 상에 배치된 도금층의 상면도이고, 도 8(b)는 전극베이스층 상에 배치된 도금층의 단면도이다.
도 6(a) 내지 도 6(b)를 참조하면, 전극(330) 상에 솔더층(400)이 배치되고, 솔더층(400) 상에 열전레그(340)가 배치된다. 전술한 바와 같이, 본 명세서에서, 열전레그(340)는 반도체 구조물이라 지칭될 수도 있다. 솔더층(400)에 의하여 전극(330) 및 열전레그(340)는 접합될 수 있다.
전극(330)은 전극베이스층(332) 및 도금층(334)을 포함한다. 도금층(334)은 전극베이스층(332)의 양면 중 열전레그(340)를 향하도록 배치된 면에 배치될 수 있다. 전극베이스층(332)은, 예를 들어 구리(Cu)를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 알루미늄(Al), 주석(Sn), 몰리브덴(Mo), 금(Au) 및 은(Ag) 등 전도성을 갖는 금속이면 모두 전극베이스층(332)으로 적용될 수 있다. 도금층(334)은, 예를 들어 니켈(Ni)을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 팔라듐(Pd), 주석(Sn) 및 몰리브덴(Mo) 등 전극(330)과 솔더층(400) 간의 젖음성이 개선되며, 전극베이스층(332) 내 이온의 확산을 방지할 수 있는 금속이면 모두 도금층(334)으로 적용될 수 있다. 솔더층(400)은, 예를 들어 주석(Sn), 안티몬(Sb) 및 이를 포함하는 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 비스무스(Bi), 은(Ag), 구리(Cu) 및 납(Pb) 중 적어도 하나의 화합물을 포함하여 형성될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 도금층(334)의 면적은 전극베이스층(332)의 면적보다 작을 수 있다. 이를 위하여, 도금층(334)은 전극베이스층(332) 상에서 마스킹을 이용해서 선택적 도금 기법으로 형성되거나, 전극베이스층(332) 상에 전체 도금된 후 레이저 스크라이빙 기법 등으로 패터닝될 수 있다. 그리고, 열전레그(340)의 양면 중 전극(330)을 향하도록 배치된 면의 면적은 전극베이스층(332)의 면적보다 작으며, 도금층(334)의 면적보다 클 수 있다. 이에 따르면, 전극(330)과 열전레그(340)를 접합하기 위한 공정, 전극(330)과 열전레그(340)가 각각 설치된 상부 기판 및 하부 기판 간 접합 공정 또는 열전소자의 고온동작 환경 등에서 솔더층(400)과 도금층(334) 간의 젖음성으로 인하여 솔더층(400)은 도금층(334) 주변으로 수축하게 되므로, 솔더층(400)이 도금층(334)과 열전레그(340) 사이에 배치되며, 솔더층(400)이 열전레그(340)의 측면까지 넘치는 문제를 방지할 수 있다.
이때, 솔더층(400)의 양면 중 열전레그(340)에 접촉하는 면의 면적은 도금층(334)의 상면에 접촉하는 면의 면적보다 클 수 있다. 이에 따르면, 도금층(334)과 열전레그(340) 사이의 솔더층(400)이 열전레그(340)의 측면으로 흘러 넘칠 가능성을 최소화할 수 있다.
더욱 구체적으로, 도금층(334)은 전극베이스층(332)의 가장자리로부터 소정거리(x, y)만큼 이격된 영역에 배치될 수 있고, 열전레그(340)의 양면 중 전극(330)을 향하도록 배치된 면의 가장자리의 적어도 일부는 전극베이스층(332)의 가장자리와 도금층(334)의 가장자리 사이에 배치될 수 있다. 이에 따르면, 솔더층(400)은 도금층(334)과의 젖음성으로 인하여 도금층(334)의 측면에 더 배치될 수 있다. 이에 따라, 전극(330)과 열전레그(340) 사이에서 열전레그(340)의 측면으로 흘러 넘치는 솔더층(400)의 양을 최소화할 수 있다.
한편, 도 6(a) 내지 도 6(b)를 참조하면, 솔더층(400)의 양면 중 열전레그(340)에 접촉하는 면(402)은 열전레그(340)의 가장자리로부터 이격되도록 배치될 수도 있다. 예를 들어, 열전레그(340)의 폭(a1)이 도금층(334)의 폭(a2)의 1.2배, 바람직하게는 1.5배, 더욱 바람직하게는 2배 이상인 경우 또는 도 7에 도시된 바와 같이, 열전레그(340)의 가장자리와 도금층(334)의 가장자리 간 이격 거리(x', y')가 소정 범위 이상인 경우, 솔더층(400)의 양면 중 열전레그(340)에 접촉하는 면(402)은 열전레그(340)의 가장자리로부터 이격되도록 배치될 수도 있으며, 이에 따라 열전레그(340)의 측면으로 솔더층(400)이 흘러넘치는 문제를 방지할 수 있다.
이때, 도금층(334)의 면적은 전극베이스층(332)의 면적의 0.25 내지 0.9배, 바람직하게는 0.3 내지 0.85배일 수 있다. 도금층(334)의 면적이 이러한 수치범위보다 낮을 경우, 도금층(334)과 열전레그(340) 간 접합력이 낮아질 수 있고, 이러한 수치범위보다 클 경우, 솔더층(400)이 열전레그(340)의 측면으로 흘러 넘칠 수 있다.
이때, 도금층(334)의 두께는 1㎛ 내지 10㎛일 수 있다. 이에 따르면, 도금층(334)의 솔더층(400) 간 젖음성이 좋으며, 도금층(334)의 측면에 배치된 솔더층(400)이 전극베이스층(332)의 표면과 닿지 않고 이격될 수 있다.
그리고, 솔더층(400)의 두께는 30 내지 120㎛, 바람직하게는 40 내지 110㎛일 수 있다. 솔더층(400)의 두께가 이러한 수치범위를 만족할 경우, 전극(330)과 열전레그(340)는 안정으로 접합될 수 있다.
표 1은 실시예 1 및 실시예 2에 따른 측정 결과이다.
| 실험번호 | 전극베이스층 면적 (mm2) |
솔더 도포 두께(mm) | 수축 후 솔더 두께(mm) | 도금층 면적 (mm2) |
| 실시예 1 | 4 | 0.062 | 0.04 | 1.231 |
| 실시예 2 | 4 | 0.169 | 0.11 | 3.385 |
표 1을 참조하면, 실시예 1에서 2mm*2mm의 전극베이스층 상에 1.109mm*1.109mm의 도금층을 형성한 후 0.062mm의 두께로 솔더를 도포하여 270℃에서 50초간 노출한 결과, 솔더의 두께는 0.04mm로 수축되었다. 실시예 2에서 2mm*2mm의 전극베이스층 상에 1.840mm*1.840mm의 도금층을 형성한 후 0.169mm의 두께로 솔더를 도포하여 270℃에서 50초간 노출한 결과, 솔더의 두께는 0.11mm로 수축되었다.
이로부터, 도금층의 면적을 전극베이스층의 면적보다 작게 형성할 경우, 솔더층은 도금층을 중심으로 수축하며, 이에 따라 솔더층이 열전레그의 측면으로 흘러 넘치는 문제를 방지할 수 있다.
한편, 하나의 전극 상에 P형 열전레그 및 N형 열전레그가 서로 이격되도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 도 8에 도시된 바와 같이, 하나의 전극베이스층(332) 상에 복수, 예를 들어 두 개의 도금층(334-1, 334-2)이 서로 이격되도록 배치되며, 열전레그(340)는 각 도금층 상에 배치될 수 있다. 이때, 하나의 전극베이스층(332) 상에 배치된 복수의 열전레그의 전극베이스층(332)을 향하도록 배치된 면의 면적의 합은 하나의 전극베이스층(332) 상에 배치된 복수의 도금층의 면적의 합보다 클 수 있다. 이에 따르면, 열전레그(340)의 어느 측면을 통해서도 솔더가 흘러 넘치지 않을 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전소자 내 전극과 열전레그 간 접합 구조의 단면도이고, 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열전소자 내 전극과 열전레그 간 접합 구조의 단면도이다. 도 6 내지 도 8에서 설명한 내용과 동일한 내용에 대해서는 중복된 설명을 생략한다.
도 9를 참조하면, 열전레그(340)는 비스무스(Bi)-텔루륨(Te)를 포함하는 열전소재층(900), 그리고 열전소재층(900)의 한 면에 배치된 접합층(910)을 포함할 수 있다. 이때, 접합층(910)은 니켈(Ni)을 포함할 수 있다. 이에 따르면, 접합층(910)은 열전소재층(900) 내 반도체 재료인 Bi 또는 Te가 전극으로 확산되는 것을 막으므로, 열전소자의 성능 저하를 방지할 수 있으며, 솔더층(400)과의 젖음성이 우수하여 전극(330)과 열전레그(340) 간 접합력을 높일 수 있다.
또는, 도 10을 참조하면, 열전레그(340)는 Bi-Te를 포함하는 열전소재층(900), 그리고 열전소재층(900)의 한 면에 배치된 접합층(910) 및 열전소재층(900)과 접합층(910) 사이의 확산방지층(920)을 포함할 수 있다. 이때, 접합층(910)은 주석(Sn)을 포함하고, 확산방지층(920)은 니켈(Ni)을 포함할 수 있다. 이에 따르면, 확산방지층(920)은 열전소재층(900) 내 반도체 재료인 Bi 또는 Te가 전극으로 확산되는 것을 막으므로, 열전소자의 성능 저하를 방지할 수 있으며, 접합층(910)은 솔더층(400)과의 젖음성이 우수하여 전극(330)과 열전레그(340) 간 접합력을 높일 수 있다.
도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전소자의 단면도이고, 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전소자의 단면도이다. 도 11 및 도 12에서 도 6(a)의 실시예에 따른 전극과 열전레그 간 접합 구조를 도시하고 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 도 9 내지 도 10의 실시예에 따른 전극과 열전레그 간 접합 구조가 적용될 수도 있다.
도 11 내지 도 12를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 열전소자(300)는 제1 기판(310), 제1 기판(310) 상에 배치된 제1 수지층(320), 제1 수지층(320) 상에 배치된 복수의 제1 전극(330), 복수의 제1 전극(330) 상에 배치된 복수의 P형 열전레그(340) 및 복수의 N형 열전레그(350), 복수의 P형 열전레그(340) 및 복수의 N형 열전레그(350) 상에 배치된 복수의 제2 전극(360), 복수의 제2 전극(360) 상에 배치된 제2 수지층(370) 및 제2 수지층(370) 상에 배치된 제2 기판(380)을 포함한다.
도시되지 않았으나, 제1 기판(310)과 제2 기판(380) 사이에는 실링부재가 더 배치될 수도 있다. 도시되지 않았으나, 제1 기판(310) 및 제2 기판(380) 중 고온부 측에는 히트싱크가 더 배치될 수 있다. 이하에서, 제1 기판(310)이 열전소자의 고온부 측이고, 제2 기판(380)이 저온부 측인 것을 예로 들어 설명한다.
열전소자(300)의 구동 시 열전소자(300)의 고온부 측은 고온, 예를 들어 약 180℃이상에 노출될 수 있으며, 열전레그의 측면에 솔더가 배치되면, 솔더의 주석(Sn)과 열전레그의 텔루륨(Te)이 약 180℃이상에서 화학적으로 반응하여 열전소자의 신뢰성이 낮아질 수 있다.
이에 따라, 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 열전레그 및 전극 간 접합 구조는 고온부 측, 즉 제1 전극(330)과 열전레그(340, 350) 사이에 적용될 수 있다.
다만, 이로 제한되는 것은 아니며, 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 열전레그 및 전극 간 접합 구조는 고온부 측뿐만 아니라 저온부 측, 즉 제2 전극(360)과 열전레그(340, 350) 사이에도 적용될 수 있다.
도시되지 않았으나, 제1 수지층(320) 및 제2 수지층(370) 중 적어도 하나는 조성 및 탄성 중 적어도 하나가 상이한 복수의 수지층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판 측에 배치된 수지층은 실리콘과 알루미늄을 포함하는 복합체(composite)로 이루어지고, 전극 측에 배치된 수지층은 에폭시 수지 및 무기충전재를 포함하는 에폭시 수지 조성물 및 PDMS(polydimethylsiloxane)를 포함하는 실리콘 수지 조성물로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 기판과 전극 간의 내전압 성능, 접합력 및 열전도 성능을 모두 만족시킬 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 제1 기판(310) 및 제2 기판(380) 중 적어도 하나에는 히트싱크가 접합될 수 있다.
도 13은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전소자의 접합 구조를 나타낸다.
도 13을 참조하면, 열전소자(300)는 복수의 체결부재(1400)에 의하여 체결될 수 있다. 복수의 체결부재(1400)는 히트싱크(390)와 제1 기판(310)을 체결하거나, 히트싱크(390), 제1 기판(310)과 제2 기판(미도시)을 체결하거나, 히트싱크(390), 제1 기판(310), 제2 기판(미도시)과 냉각부(미도시)를 체결하거나, 제1 기판(310), 제2 기판(미도시)과 냉각부(미도시)를 체결하거나, 제1 기판(310)과 제2 기판(미도시)을 체결할 수 있다.
이를 위하여, 히트싱크(390), 제1 기판(310), 제2 기판(미도시), 냉각부(미도시)에는 체결부재(1400)가 관통하는 관통홀(S)이 형성될 수 있다. 여기서, 관통홀(S)과 체결부재(1400) 사이에는 별도의 절연삽입부재(1410)가 더 배치될 수 있다. 별도의 절연삽입부재(1410)는 체결부재(1400)의 외주면을 둘러싸는 절연삽입부재 또는 관통홀(S)의 벽면을 둘러싸는 절연삽입부재일 수 있다. 이에 따르면, 열전소자의 절연거리를 넓히는 것이 가능하다.
한편, 절연삽입부재(1410)의 형상은 도 13(a) 및 도 13(b)에 예시된 바와 같을 수 있다. 예를 들어, 도 13(a)에 예시된 바와 같이, 절연삽입부재(1410)는 제1 기판(310)에 형성된 관통홀(S) 영역에 단차를 형성하여 관통홀(S)의 벽면의 일부를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 또는, 절연삽입부재(1410)는 제1 기판(310)에 형성된 관통홀(S) 영역에 단차를 형성하여 관통홀(S)의 벽면을 따라 제2 전극(미도시)이 배치되는 제1면까지 연장되도록 배치될 수도 있다.
도 13(a)를 참조하면, 제1 기판(310)의 제1 전극과 접하는 제1 면의 관통홀(S)의 직경(d2')은 제2 기판의 제2 전극과 접하는 제1면의 관통홀의 직경과 동일할 수 있다. 이때, 절연삽입부재(1410)의 형상에 따라, 제1 기판(310)의 제1면에 형성된 관통홀(S)의 직경(d2')은 제1면의 반대면인 제2면에 형성된 관통홀(S)의 직경(d2)과 상이할 수 있다. 도시되지 않았으나, 관통홀(S) 영역에 단차를 형성하지 않고 제1 기판(310)의 상면의 일부에만 절연삽입부재(410)가 배치되거나, 제1 금속기판(310)의 상면으로부터 관통홀(S)의 벽면의 일부 또는 전부까지 절연삽입부재(410)가 연장되도록 배치되는 경우, 제1 기판(310)의 제1면에 형성된 관통홀(S)의 직경(d2')은 제1면의 반대면인 제2면에 형성된 관통홀(S)의 직경(d2)과 동일할 수도 있다.
도 13(b)를 참조하면, 절연삽입부재(1410)의 형상에 의하여, 제1 기판(310)의 제1 전극과 접하는 제1 면의 관통홀(S)의 직경(d2')은 제2 기판의 제2 전극과 접하는 제1면의 관통홀의 직경보다 클 수 있다. 이때, 제1 기판(310)의 제1 면의 관통홀(S)의 직경(d2')은 제2 기판의 제1면의 관통홀의 직경의 1.1 내지 2.0배일 수 있다. 제1 기판(310)의 제1 면의 관통홀(S)의 직경(d2')이 제2 기판의 제1면의 관통홀의 직경의 1.1배 미만이면, 절연삽입부재(1410)의 절연효과가 미미하여 열전소자의 절연파괴가 야기될 수 있고, 제1 기판(310)의 제1 면의 관통홀(S)의 직경(d2')이 제2 기판의 제1면의 관통홀의 직경의 2.0배를 초과하면 관통홀(S)이 차지하는 영역의 크기가 상대적으로 증가하게 되어 제1 기판(310)의 유효면적이 줄어들게 되고, 열전소자의 효율이 저하될 수 있다.
그리고, 절연삽입부재(1410)의 형상에 의하여, 제1 기판(310)의 제1면에 형성된 관통홀(S)의 직경(d2')은 제1면의 반대면인 제2면에 형성된 관통홀(S)의 직경(d2)과 상이할 수 있다. 전술한 바와 같이, 제1 기판(310)의 관통홀(S) 영역에 단차가 형성되지 않는 경우, 제1 기판(310)의 제1면에 형성된 관통홀(S)의 직경(d2')은 제1면의 반대면인 제2면에 형성된 관통홀(S)의 직경(d2)과 동일할 수도 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (16)
- 제1 기판,
상기 제1 기판 상에 배치된 제1 전극,
상기 제1 전극 상에 배치된 솔더층, 그리고
상기 솔더층 상에 배치된 반도체 구조물을 포함하고,
상기 제1 전극은 전극베이스층 및 도금층을 포함하고,
상기 도금층은 상기 전극베이스층과 상기 솔더층 사이에 배치되고, 상기 도금층의 면적은 상기 전극베이스층의 면적보다 작고,
상기 반도체 구조물의 상기 제1 전극을 향하도록 배치된 면의 면적은 상기 도금층의 면적보다 큰 열전소자. - 제1항에 있어서,
상기 솔더층은 상기 도금층의 측면에 더 배치된 열전소자. - 제2항에 있어서,
상기 도금층의 측면에 배치된 상기 솔더층은 상기 전극베이스층과 이격된 열전소자. - 제1항에 있어서,
상기 솔더층의 상기 반도체 구조물에 접촉하는 면의 면적은 상기 도금층의 상면에 접촉하는 면의 면적보다 큰 열전소자. - 제4항에 있어서,
상기 솔더층의 상기 반도체 구조물에 접촉하는 면은 상기 반도체 구조물의 가장자리로부터 이격되도록 배치된 열전소자. - 제1항에 있어서,
상기 도금층은 상기 전극베이스층의 가장자리로부터 소정 거리만큼 이격된 영역에 배치된 열전소자. - 제6항에 있어서,
상기 반도체 구조물의 가장자리의 적어도 일부는 상기 전극베이스층의 가장자리와 상기 도금층의 가장자리 사이에 배치된 열전소자. - 제7항에 있어서,
상기 도금층은 상기 전극베이스층 상에서 서로 이격되도록 배치된 복수의 도금층을 포함하고,
상기 반도체 구조물은 서로 이격되도록 배치된 복수의 반도체 구조물을 포함하며,
각각의 상기 반도체 구조물은 각각의 상기 도금층 상에 배치되고,
상기 복수의 반도체 구조물의 상기 제1 전극을 향하도록 배치된 면의 면적의 합은 각각의 상기 복수의 도금층의 면적의 합보다 큰 열전소자. - 제1항에 있어서,
상기 반도체 구조물 상에 배치된 제2 전극, 그리고
상기 제2 전극 상에 배치된 제2 기판을 더 포함하는 열전소자. - 제1항에 있어서,
상기 도금층의 면적은 상기 전극베이스층의 면적의 0.25 내지 0.9배인 열전소자. - 제10항에 있어서,
상기 도금층의 두께는 1㎛ 내지 10㎛인 열전소자. - 제10항에 있어서,
상기 솔더층의 두께는 30 내지 120㎛인 열전소자. - 제1항에 있어서,
상기 반도체 구조물은 비스무스(Bi) 및 텔루륨(Te)을 포함하는 반도체 소재층, 그리고 상기 반도체 소재층의 양면에 배치된 접합층을 포함하고,
상기 접합층은 상기 솔더층에 의하여 상기 도금층과 접합되는 열전소자. - 제13항에 있어서,
상기 접합층 및 상기 도금층은 각각 니켈(Ni)을 포함하는 열전소자. - 제13항에 있어서,
상기 접합층 및 상기 솔더층은 각각 주석(Sn)을 포함하고,
상기 반도체 소재층과 상기 접합층 사이에 배치된 확산방지층을 더 포함하며,
상기 확산방지층 및 상기 도금층은 각각 니켈(Ni)을 포함하는 열전소자. - 제1항에 있어서,
상기 반도체 구조물의 상기 제1 전극을 향하도록 배치된 면의 면적은 상기 전극베이스층의 면적보다 작은 열전소자.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023191407A1 (ko) * | 2022-03-28 | 2023-10-05 | 주식회사 세진이에스 | 발전 모듈 |
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2020
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